线粒体呼吸链复合物Ⅲ活性位点的作用机制研究

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线粒体呼吸链主要是靠电子传递来完成一系列氧化还原反应,以维持正常的生命活动,其中细胞色素bc1复合物(cytochrome bc1 complex,cytbbc1,即复合物Ⅲ)是线粒体呼吸链的重要组成部分。复合物Ⅲ是重要的杀菌剂靶标之一,它有两个不同作用机制的活性位点:还原位点(Qi)和氧化位点(Qo)。目前,Q。位点商品化杀菌剂数目已高达20个,而Qi位点商品化抑制剂仅有3个。对于Qi位点来说,其抑制剂在Qi位点的作用机制目前尚不明确。通过文献调研,我们了解了底物醌的还原作用机制过程,该过程中出现了电子传递和质子转移等现象,其中涉及了Qi位点周围的三个关键残基(即Lys251、Asp252、His217,该残基编号是按细菌种属的线粒体复合物Ⅲ编号;相同的位置对应了牛心种属的残基编号Lys227、Asp228、His201)侧链质子化的结构差异,并提出了 Qi位点的氨基酸残基存在四种不同的质子化状态,分别为②Lyn-NH2-Ash-COOH-Hid(o-NH)、③Lys-NH3-Asp-COO--Hip(double-NH)、④Lyn-NH2-Ash-COOH-Hie(m-NH)和⑥Lys-NH3-Asp-COO-Hie(m-NH)。基于此,我们通过分子对接、分子动力学和MM/PBSA等分子模拟的方法,对这四种残基质子化状态的复合物Ⅲ进行理论分析,确定了目前已报道的高活性Qi位点抑制剂的作用机制,该位点抑制剂能稳定结合在Qi位点对应的周围残基状态中。实验结果表明:Antimycin A、NQNO、壳二孢氯素和GSK932121这四个抑制剂稳定存在于残基状态(Lyn-NH2-Ash-COOH-Hie(m-NH))的复合体中;只有GW844520抑制剂稳定存在于残基状态(Lyn-NH2-Ash-COOH-Hid(o-NH)中。基于此,综合前面的实验过程,我们又得出了三个商品化抑制剂(氰霜唑、吲唑磺菌胺和Fenpicoxamid)和课题组基于吲唑磺菌胺改造的系列化合物在Qi位点的结合状态,它们也稳定存在于残基状态(Lyn-NH2-Ash-COOH-Hie(m-NH))中。此项工作为后续设计合理的该位点抑制剂提供一定的理论基础。针对Qo位点,其中甲氧基丙烯酸酯(Strobilurin)类抑制剂的抗性问题已经很严重,如何克服该类抑制剂的抗性是迫在眉睫的问题。以天然产物为先导结构进行新型抑制剂的设计是克服已有抗性的有效方法之一。目前,Qo位点抑制剂的研究已经非常成熟,其作用模式是已知且稳定的,该位点抑制剂保持与残基Glu272形成重要的氢键作用,并能与周围残基有较好的疏水作用,在筛选设计抑制剂的角度上,将会提供一定地理论基础。文献调研表明,(+)-Neopeltolide是新型的复合物Ⅲ抑制剂,前期的研究表明其属于Qo位点抑制剂,课题组对其进行了相关的结构改造,合成了一系列化合物。在此基础上,本文对该类化合物进行结构-活性构效关系分析,结果表明,当末端二苯醚连有双吸电子取代基时,有利于化合物活性的提高。这一结论为后期筛选和设计新型低抗性的复合物ⅢQo位点抑制剂提供了一定的指导意义。
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